氧基電催化是清潔和可持續(xù)能源轉(zhuǎn)換/儲存系統(tǒng)的一個組成部分,但是開發(fā)具有高活性和耐用性的經(jīng)濟型雙功能可逆電催化劑還面臨巨大挑戰(zhàn)。其中,最關(guān)鍵是定制的多孔結(jié)構(gòu)和單獨呈現(xiàn)的用于氧還原和析氧反應(yīng)(ORR和OER)的活性中心沒有相互干擾。近日,韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院(KIST)Jin Young Kim和韓國科學(xué)技術(shù)高等研究院(KAIST)Il-Doo Kim(共同通訊作者)等人報道了一種由在N摻雜碳納米纖維(NCNF)上垂直生長的鞘核氧氮化鈷(CoOx@CoNy)納米棒組成的雜化材料。圖1. 性能對比刷子似的CoOx@CoNy 由金屬Co4N核和氧化表面組成的納米棒在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性(10 mA cm 2時E=1.69 V)。由金屬Co4N核和氧化表面組成的刷子狀CoOx@CoNy納米棒在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性,在電流密度為10 mA cm-2時,電壓(E)為1.69 V。圖2. 材料的制備與表征雖然原始的NCNF或CoOx@CoNy在ORR中,單獨的催化活性較差,但雜化材料的ORR性能顯著提高(電流密度為3 mA cm-2時,E=0.78 V)。通過實驗結(jié)果與密度泛函理論(DFT)計算相結(jié)合,證實了具有氧化皮層的CoOx@CoNy納米棒的較寬比表面積提高了催化OER性能,而ORR中間體的容易吸附和快速界面電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生在CoOx@CoNy納米棒和導(dǎo)電NCNF之間的界面。此外,CoOx@CoNy/NCNF催化劑中獨立的催化活性位點在往返ORR/OER過程中持續(xù)再生和維持,不會相互干擾,從而保證鋅-空氣電池穩(wěn)定的運行。圖3. ORR和OER催化性能Hierarchically Assembled Cobalt Oxynitride Nanorods and N-Doped Carbon Nanofibers for Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis with Exceptional Regenerative Efficiency.?ACS Nano,?2021, DOI: 10.1021/acsnano.0c09905.https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09905.